KR20100122483A - 성형 화합물을 압출하기 위한 탈기 압출기 - Google Patents

성형 화합물을 압출하기 위한 탈기 압출기 Download PDF

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노버트 귄터베르그
레이너 바르돈
하르트무트 헤이넨
마이클 사우어
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바스프 에스이
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Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 공급 영역, 하나의 전이 영역 및 하나의 계량 영역 (이들 영역은 적어도 부분적으로 서로 중첩됨), 및 또한 적어도 하나의 배출구(5)를 포함하는, 배럴(3) 내에 놓인 적어도 2 개의 스크류(1)를 갖는 성형 화합물 압출용 장치에 관한 것이다. 배출구(5)는 서로 맞물려 있는 적어도 2 개의 스크류(1) 위에 있는 배럴(3) 내 영역의 절제 부위이다. 각 경우, 스크류(1)의 서로 맞물려 있는 영역(11) 중 배출구(5)에 띠(9)가 존재한다. 띠(9)와, 상기 띠(9)를 향하는 방향으로 배출구(5)의 영역에서 회전하는 적어도 하나의 스크류(1a)의 사이에, 그 간격 폭이 스크류(1a)의 회전 방향으로 감소하는 간격(13)이 존재한다.

Description

성형 화합물을 압출하기 위한 탈기 압출기 {DEGASSING EXTRUDER FOR EXTRUDING MOULDING COMPOUNDS}
본 발명은 적어도 하나의 공급 영역, 하나의 전이 영역, 및 하나의 계량 영역(상기 영역들은 적어도 약간의 상호 중첩을 가질 수 있음), 그리고 또한 적어도 하나의 배출구를 포함하는, 배럴 내에 위치한 적어도 2 개의 스크류를 갖는, 성형 조성물의 압출을 위한 장치에 관한 것이다.
압출에 의해 가공되는 성형 조성물은 일반적으로, 온도가 그들의 유리 전이 온도를 넘어 증가되면 연화되는 고분자량 또는 올리고머성 화합물이다. 플라스틱 또는 천연 제품이 이들 재료들 중에 있을 수 있다.
성형 조성물이 단량체 잔류물이나 용매 잔류물, 아니면 물과 같은 원치않는 기체상 성분을 포함하는 경우, 이들은 상기 성형 조성물로부터 제거되어야 한다. 이러한 목적을 위해, 스크류-기재 기계를 이용하는, 필요한 휘발성분 제거 및 탈수 공정이 알려져 있다.
성형 조성물의 휘발성분 제거를 위해, 배출구가 통상적으로 사용된다. 이를 위해, 스크류-기재 기계의 배럴 내에 구멍이 존재하며, 기체상 성분이 이들을 통해 빠져나갈 수 있다. 그러나, 성형 조성물이 일반적으로 가압 하에 있기 때문에, 갑작스런 감압은 또한 존재하는 성형 조성물의 일부가 용융물의 형태로 동반되는 결과를 가져온다. 그 후 용융물이 주요 스트림으로부터 제거되는 형태는 배출구 내에서 발생하는 작은 조각, 단편, 발포체 또는 용융물의 형태이다. 혼합이 매우 적게 일어나는, 배출구 돔에서 물질의 지속된 체류 시간이 존재하는 경우, 결과는 분해 및 크래킹일 수 있고, 그 최종 결과는 오염된 생성물이다. 기체의 속도 및 배출구의 기하학적 형태가 이와 관련하여 결정적이다. 기체 속도가 너무 높을 경우, 작은 조각 및 용융물 단편이 동반되어 종종 배출된다. 이는 심지어 배기-가스 라인의 막힘을 초래할 수 있다.
작은 조각 또는 용융물 단편의 동반을 피하기 위해, 예를 들면 배출구를 금속-와이어-체 복합 시트로 덮을 수 있다. 이는 EP-B 1 400 337에 예로써 기재되어 있다. 그러나, 이들은 자유로운 단면을 제한하고, 이 때 발생하는 높은 기체 속도 또는 높은 압력에서, 이들은 용융물로 오염되어, 어쩌면 막힘을 초래할 수 있다. 부적절한 자유로운 단면은 더 나아가서, 물, 잔류 단량체 또는 용매의 일부가 생성물 내에 남게 할 수 있고, 추가의 휘발성분 제거 단계를 필요로 할 수 있다.
별법으로, 배출구, 특히 2 개의 스크류를 이용하는 스크류-기재 기계를 위한 다양한 삽입물이 또한 존재한다. 이렇게 하여, 스크류 위에서 일반적으로 일부만의 영역이 덮이지 않은 채로 있다. 상기 영역의 부분은 여기에서 사용된 성형 조성물의 함수로 선택된다. 예를 들면, 스크류에 부착되지 않는 성형 조성물의 경우, 상향-회전하는 스크류 및 틈새 공간을 덮는 삽입물이 사용되며, 이들은 또한 그 위에 배출구가 위치한 스크류의 회전 방향에서 감소하는 간격 폭을 갖는 간격의 형태로 공급 보조기구를 갖는다.
스크류에 부착되지 않는 중합체 용융물의 경우, 배출구의 디자인은 예를 들면 상기 상향-회전 스크류 및 틈새 공간을 덮도록 한다. 상기 구멍의 단면은 더 나아가서, 바깥 방향으로, 즉 스크류로부터 멀어지는 방향으로 증가한다. 저-점도 중합체 용융물의 경우, 특히 용매 휘발성분 제거의 맥락에서, 상향-회전 스크류를 단지 부분적으로 덮는 삽입물이 배출구에 사용된다. 상기 틈새 공간은 덮이지 않은 채 남는다.
배출구를 위한 상기 삽입물들이 2 개의 공-회전(corotating) 스크류를 갖는 스크류-기재 기계에 사용된다. 상향-회전하는 스크류라는 용어는 본원에서 외부로부터 중심으로의 회전 방향을 갖는 스크류에 대하여 사용된다. 틈새 공간은 두 스크류의 서로 맞물리는 영역에 대하여 사용되는 용어이다.
배출구의 형태는 단편들로 하여금 다시 낙하하여 그 물질 내로 다시 회수되도록 의도된다. 그러나, 진행 중인 작업 도중 용융물이 종종 배출구 내에서 상승하여 이 때 상기 물질과 함께 위쪽으로 운반되지 않는 것이 발견되었다. 따라서 빈번한 세정 작업이 필요하다.
본 발명의 목적은 성형 조성물을 압출하도록 의도되고, 그에 의해 높은 처리량으로 성형 조성물의 휘발성분을 제거하는 것이 가능하며 상기 휘발성분 제거 공정 도중 동반되는 성형 조성물 중 임의의 부분의 상향 이동을 제공하는 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 적어도 하나의 공급 영역, 하나의 전이 영역, 및 하나의 계량 영역 (상기 영역들은 적어도 일부의 상호 중첩을 가질 수 있음), 및 또한 적어도 하나의 배출구를 포함하는, 배럴 내에 위치한 적어도 2 개의 스크류를 갖는, 성형 조성물의 압출을 위한 장치에 의해 이루어진다. 상기 배출구는 적어도 2 개의 서로 맞물린 스크류 위에 있는 배럴 중 영역의 절제 부분이고, 각 경우 상기 스크류의 서로 맞물린 영역에서 배출구 중 띠(fillet)가 존재한다. 상기 띠와, 띠를 향한 방향에서 배출구의 영역에서 회전하는 적어도 하나의 스크류 사이에, 간격 폭이 스크류의 회전 방향으로 감소하는 간격이 존재한다.
적어도 2 개의 스크류를 갖는 스크류-기재 기계의 2 개의 스크류 위에 있는 영역의 덮이지 않은 부분을 제공하는 본 발명에 따르는 배출구는, 비교적 큰 배출구 단면적으로 인하여, 선행 기술로부터 알려진 삽입물이 사용된 경우에 비하여 더 나은 휘발성분 제거를 가능하게 한다. 또한, 상기 띠와 스크류 사이에, 스크류의 회전 방향으로 감소하는 간격이 존재하기 때문에, 초기에 기체 스트림에 동반되어 다시 낙하하던 물질이 축적되지 않고 대신 스크류에 의해 상향으로 운반된다. 이는, 특히 배출구의 영역에서 성형 조성물의 일부가 케이크를 형성하여 오염의 원인이 되는 것을 방지한다.
본 발명의 장치에서 사용되고 압출되는 성형 조성물은 온도가 그들의 유리 전이 온도를 너머 증가할 경우 연화되는 임의의 고분자량 또는 올리고머성 화합물을 포함할 수 있다. 이들 중에 플라스틱 또는 천연 생성물이 있을 수 있다. 이러한 종류의 성형 조성물은 당업자에게 공지되어 있다. 적합한 성형 조성물의 예는 열가소성에 의해 가공가능한 임의의 중합체이다. 그러므로 적합한 물질의 예는 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 스티렌 중합체, 또는 이들 중합체의 유도체, 공중합체 또는 혼합물이다. 스티렌 공중합체 중에는, 예를 들면, 종종 SAN 중합체라고도 하는 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 종종 ABS라고도 하는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체와 같은 고무-개질된 스티렌 공중합체, 및 종종 ASA라고도 하는 아크릴로니트릴-아크릴레이트-스티렌 공중합체가 있다. 이들 외에도, SAN 중합체, ABS 또는 ASA의 유도체나 변형물, 예를 들면 α-메틸스티렌 또는 메타크릴레이트 기재의 것, 또는 추가의 단량체를 포함하는 것들, 예를 들면 MABS로 알려진 물질을 사용하는 것도 가능하다. 2종 이상의 상이한 스티렌 공중합체의 혼합물을 사용하는 것도 물론 가능하다. 전적으로 또는 어느 정도 다른 고무를 기재로 하는, 예를 들면 에틸렌-부타디엔 고무 또는 실리콘 고무를 기재로 하는, 고무-개질된 스티렌 공중합체를 사용하는 것도 가능하다. 언급된 중합체와 폴리아미드, 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 같은 폴리에스테르, 및/또는 폴리카르보네이트와의 혼합물도 바람직하다.
본 발명의 적합한 장치는 원래 적어도 하나의 배출구를 가지며 성형 조성물을 압출하는 데 사용될 수 있는 임의의 스크류-기재 기계이다. 이들은 또한 가공, 예를 들면 사출 성형을 위해 사용되는 스크류-기재 기계를 포함하도록 의도된다. 스크류-기재 기계는 그 자체로서 공지되어 있으며, 따라서 일반적으로 입수가능한 문헌이 본원에 언급될 수 있다. 스크류-기재 기계는 일반적으로 적어도 하나의 공급 영역, 적어도 하나의 전이 영역, 및 적어도 하나의 계량 영역을 포함한다. 본 발명에 따라 고안된 스크류-기재 기계는 또한 적어도 하나의 배출구 영역을 포함한다.
배출구의 수, 배열 및 디자인은 스크류-기재 기계로부터 배출되도록 의도되는 기체의 양에 일반적으로 의존한다. 예를 들면, 물을 포함하는 성형 조성물의 압출을 위한 배출구의 수, 배열 및 기하학적 형태는 성형 조성물 중 수분 함량 및 최종 생성물의 원하는 잔류 수분 함량에 의존한다.
본 발명에 따르면, 스크류-기재 기계는 적어도 하나의 배출구를 포함한다. 그러나 이는 복수의 배출구를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 이는 2 또는 3 개의 배출구를 포함할 수 있다. 그러나, 스크류-기재 기계는 예를 들면 30 개에 이르는 아주 더 많은 배출구를 갖는 것도 가능하다.
배출구의 위치는 상기 스크류-기재 기계의 배럴의 윗면 위에 있을 수 있다. 그러나 배출구는 또한 측부 배열을 가질 수 있다. 또한, 예를 들면 배출구를 측면의 마주보는 쌍으로 배열할 수도 있다. 언급된 배열의 조합이 사용될 수도 있다. 예를 들면, 배열은 서로에 대하여 나란히 위치하거나 서로의 위에 포개어 위치한 개개의 배출구를 가질 수 있다. 그러나, 상기 배열은 또한 서로에 대하여 나란히 또는 서로의 위에 포개어진 복수의 배출구를 가질 수도 있다. 예를 들면, 상부 배출구가 있고, 같은 위치 또는 공간적 변위와 함께, 아래를 향하는 배출구 구멍이 있는 것을 생각할 수 있다.
배출구의 수와 위치는 특히, 각각의 기능, 및 또한 중합체 용융물의 성질에 의존한다.
휘발성분 제거 공정은 일반적으로 공급 영역 또는 공급 영역과 전이 영역의 하류 운반 방향, 즉 앞을 향하는 방향에서 일반적으로 수행된다. 그러나, 휘발성분 제거 공정은 운반 방향에 거슬러 상류에서, 즉 공급 영역에 대하여 되돌아가는 방향으로도 수행될 수 있다. 가장 간단한 경우, 단 하나의 배출구가 존재하고, 그 배열은 공급 영역의 상류 또는 하류일 수 있다. 복수의 공급 영역이 존재할 경우, 휘발성분 제거 공정은 이들 공급 영역 각각에 대하여 상류 또는 하류에서 수행될 수 있다.
배출구의 기하학은 압출기로부터 기체상 물질의 제거를 위해 통상적으로 사용되는 공지의 구멍에 해당할 수 있다. 예를 들면, 스크류-기재 기계의 배럴에서 절제부 및/또는 구멍인 배출구가 사용될 수 있다.
적합한 배출구의 예는 원형의 구멍, 또는 2 개의 직접 인접하는 원형의 구멍에 의해 형성된 수평적인 숫자-8의 형태인 구멍이며, 그 배열은 수평의 숫자-8 형태의 세로 축을, 예를 들면 상기 스크류-기재 기계의 운반 방향에 대하여 직각인, 즉 수직이거나, 평행 또는 세로 방향인 축을 갖는다. 그러나, 배출구는 바람직하게는 직사각형, 정사각형 또는 난형이다. 정사각 또는 직사각형 구멍은 본원에서 둥근 모서리를 가질 수 있다. 2 개 이상의 배출구가 사용되는 경우, 이들의 기하학적 형태는 다를 수도 있다. 직사각형 또는 난형의 배출구의 배열은 그들의 장축이 압출기의 축에 평행인 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따르면, 배출구는 적어도 2 개의 서로 맞물린 스크류 위에 배럴 중 영역의 절제 부분이다. 스크류의 서로 맞물린 영역에서, 배출구 내에 띠가 있고, 그 띠와, 배출구의 영역에서 띠를 향하는 방향으로 회전하는 적어도 하나의 스크류 사이에, 그 간격 폭이 스크류의 회전 방향으로 감소하는 간격이 존재한다.
상기 장치가 2 개 이상의 배출구를 갖는 한, 이들 중 적어도 하나는 띠를 갖는다. 하나의 바람직한 실시양태에서, 모든 배출구는 띠를 갖는다. 3 개 이상의 배출구가 있는 경우, 배출구 중 몇은 띠를 가지고, 나머지 배출구는 개방되었거나, 예를 들면 운반되는 조성물의 배출을 막는 다른 장치를 구비한 것일 수 있다. 예를 들면 보유 스크류가 이러한 목적으로 기능할 수도 있다. 그러므로, 예를 들면, 기체 배출 속도가 최대인 배출구(들)는 띠를 갖는 한편, 운반되는 물질의 단지 적은 양이 배출되는 배출구(들)는 개방되었거나, 예를 들면 금속-와이어-그물 복합 시트를 포함하는 커버를 가질 수 있다.
임의의 원하는 마찰 또는 연동하는 고정 방법이 상기 띠를 고정하도록 사용될 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 띠를 배출구 내에 스크류 장치 또는 리벳을 이용하여 고정하는 것이 가능하다. 띠는 용접되거나 납땜될 수도 있다. 본원에서 고정 방법은 물질에 의존한다. 그러나, 배출구가 틀을 구비하고, 상기 띠가 틀에 고정된 것이 특이 바람직하다. 본원에서 상기 틀과 띠는 한 조각으로 제조되는 것이 가능하다. 틀에 접착된 띠의 제조에 적합한 방법의 예는 성형이거나, 틀과 띠가 금속으로부터 제작된 경우 단조(forging)이다.
본 발명에 따르면, 공급 영역은 스크류-기재 기계의 부분인 영역이고, 성형 조성물 또는 성형 조성물의 적어도 개별 성분이 거기에 공급된다. 이러한 목적으로, 공급 영역은 일반적으로 공급 구멍을 갖는다. 공급 구멍은 계량 장비를 가질 수 있다. 계량 장비는 예를 들면 공급 구멍 내로 첨가될 성형-조성물 성분을 운반하거나 강제로 넣는 운반 스크류일 수 있다. 상기 스크류-기재 기계의 흡수 구멍 내에 첨가될 성분을 계량하기 위해 부피측정 또는 중량측정 계량 장비를 사용하는 것과 중력을 사용하는 것도 가능하다. 성형 조성물 또는 성형 조성물의 성분들은 일반적으로 고체 형태로, 특히 펠렛의 형태로 첨가된다. 그러나, 성형 조성물 또는 성형 조성물의 성분들은 도입되기 전에 용융된 상태일 수도 있다. 물질은 일반적으로 상기 공급 영역에서 수납, 운반 및 압축된다. 적절하다면 예열이 수행될 수도 있다.
전이 영역에서는, 성형 조성물의 용융 및 균질화가 일반적으로 일어난다. 용융물이 이미 첨가된 경우, 성형 조성물은 전이 영역에서만 용융된다. 동시에, 전이 영역에서 압력이 증가된다.
계량 영역에서, 용융물의 형태로 존재하는 성형 조성물이 균질화된다. 이는 성형 조성물에 포함된 응집물의 분쇄, 또는 적절하다면 고체 입자의 잔류물의 용융을 수반한다. 물질의 성분을 또한 균일하게 분산시킨다. 이들 중에, 예를 들면 안료 등의 첨가제가 있다. 상기 용융물을 균일한 온도가 되도록 한다. 압력은 또한 계량 영역에서 압출 다이를 통한 압출에 필요한 만큼 증가된다.
성형 조성물이 복수의 성분을 포함하는 경우, 이들을 한데 가하는 것이 가능하다. 각 성분을 따로따로 가하는 것도 가능하다. 모든 성분을 한데 가하는 것과 성분들을 따로따로 가하는 것과 함께, 각 경우 적어도 두 성분을 한데 가하고 다른 성분들을 개별적으로 또는 마찬가지로 한데 가하는 것도 가능하다. 이러한 첨가는 서로에 대하여 나란히 위치하거나 공급 영역에서 서로의 뒤에 위치한 복수의 공급 구멍에 의해 수행될 수 있거나, 복수의 공급 영역이 존재할 수 있다. 공급 영역을 분리하는 전이 영역이 존재하는 것이 이에 가능하다.
특히 공-회전 스크류를 갖는 스크류-기재 기계의 경우, 띠와, 상기 띠에서 멀어지는 방향으로 배출구의 영역에서 회전하는 스크류 사이에, 일정한 간격 폭을 갖는 간격이 존재한다. 여기에서 간격 폭은 바람직하게는 상기 배럴과 스크류 사이의 간격에 해당한다. 일정한 간격 폭은 성형 조성물의 균일한 운반을 가능하게 한다. 여기에서 운반은 약간 대기압 이상에서 수행되며, 따라서, 배출구에 도달할 경우, 물질이 띠를 통과하자마자, 약간의 압력 감소가 일어나고, 성형 조성물로부터 기체가 계속 방출된다. 그것이 띠를 통과한 후, 배출구에서 물질의 케이크 형성 및 가능한 분해 및 크래킹을 방지하기 위해, 공-회전 스크류의 경우, 배출구의 주변을 향하는 방향으로 회전하는 스크류의 영역 중 배출구의 주변에, 그 간격 폭이 스크류의 회전 방향으로 감소하는 간격이 존재하는 것이 바람직하다. 감소하는 간격 폭 덕분에, 휘발성분 제거된 물질이 다시 수거되고 상기 간격 내에서 압축된다. 특히, 이는 배출구 영역에서 물질의 축적을 방지한다.
성형 조성물이 띠에 축적되어 띠 위에 케이크를 형성하지 않도록, 상기 띠가 감소하는 간격 폭을 갖는 면 위에서 스크류의 적어도 30％를 덮는 것이 바람직하다. 이렇게 덮는 것이 스크류의 주변 방향에서 충분한 길이를 갖는 간격의 디자인을 가능하게 하여, 띠에 앞선 배출구에서 휘발성분 제거된 물질의 수거 및 그의 재압축을 가능하게 함으로써 물질의 축적을 방지하게 한다.
상기 스크류-기재 기계가 반대-회전(counter-rotating)하는 스크류를 사용하는 경우, 그 각각은 배출구의 영역에서 띠를 향하는 방향으로 회전하며, 상기 띠는 띠의 중심을 향하는 방향에서 각 경우 감소하는 간격 폭을 가지고 대칭인 것이 바람직하다. 이 덕분에, 양면 위에서 띠를 향하여 운반된 성형-조성물 물질이 초기에 큰 간격 폭을 갖는 간격에 의해 수용되고, 상기 간격에서 압축된 다음, 스크류들 사이를 통해 운반된다. 여기에서 다시, 스크류-기재 기계에서 가소화된 성형-조성물 물질이 배출구에서 축적될 (여기에는 이는 크래킹되어 성형 조성물을 오염시킬 수 있음) 가능성은 없다.
하나의 바람직한 실시양태에서, 띠의 폭은 바깥을 향하는 방향으로 감소하며, 배출구의 구멍의 단면적도 따라서 증가한다. 본 발명의 목적을 위해, 바깥을 향하는 것은 스크류로부터 멀어짐을 의미한다. 구멍의 단면적의 증가는 배출구에서 임의의 압력 증가를 방지하는데, 이는 성형 조성물의 휘발성분 제거를 방해할 것이다. 상기 방법은 기체가 더 쉽게 탈출할 수 있게 한다. 유동 단면적이 넓어지는 것은 기체의 속도를 감소시켜 고체의 보다 적은 동반을 초래한다.
배럴의 영역에서 배출구 외부에 임의의 압력 감소를 방지하기 위해, 그리고 성형 조성물의 균일한 운반을 가능케하기 위해, 주변에서 멀어지는 방향으로 회전하는 스크류의 영역 중 배출구의 주변은 일정한 간격 폭을 갖는 것이 바람직하다. 일정한 간격 폭 덕분에, 성형 조성물은 그것이 배출구의 영역에 도달하자마자 갑작스런 압력 강하를 경험하게 되고, 이것이 휘발성분 제거를 용이하게 한다.
하나의 바람직한 실시양태에서, 배출구는 돔으로 덮여 있다. 기체 스트림은 상기 돔에서 통상적으로 편향된다. 기체 스트림과 함께 동반된 입자는 일반적으로 돔의 커버에 대하여 분출되고, 이어서 배출구 내로 다시 낙하하거나 돔의 커버에 부착을 유지한다. 감소하는 간격 폭을 갖는 간격의 덕분에, 상기 입자들은 성형 조성물과 함께 상향으로 진행하고, 배출구에 부착되지 않는다. 배출구는, 종래의 삽입물이 사용되는 경우보다 더 큰 자유로운 단면적을 부여할 수 있는, 본 발명에 따르는 모양을 가지므로, 동반된 중합체 입자의 비율 또한 현저하게 감소되고, 돔이 실질적으로 깨끗하게 유지된다. 상기 돔은 또한 예를 들면 배기-가스 라인의 연결을 가능하게 하며, 이는 배출구에서 배출된 기체를 수집할 수 있다. 이는, 예를 들어 잔류 단량체 또는 용매 잔류물이 성형 조성물로부터 제거되는 경우에 특히 바람직하다. 성형 조성물이 단지 탈수되는 경우, 그리고 특히 배출구에서 제거된 기체가 수증기일 경우, 수증기는 일반적으로 환경에 유해하지 않기 때문에 이를 수집하여 폐기할 필요가 없다. 그러나, 수증기 외에 단량체 또는 용매 잔류물이 또한 포함되어 있는 경우에는, 적절하다면 적합한 배기-가스 정화 후 이들을 수집하여 이를 배기가스에 의해 배출시키거나, 폐수 처리 시스템에 의해 폐기하기 위해 이를 응축시키는 것이 바람직하다.
배출구에 존재하는 띠를 위해 적합한 재료는 일반적으로 스크류-기재 기계를 제작하는 데 사용될 수 있는 임의의 재료이다. 띠의 제조를 위해 철 금속이 바람직하게 사용된다. 그러나, 예를 들면 플라스틱 또는 세라믹으로부터 띠를 제작하는 것도 가능하다. 비-철 금속이 사용될 수도 있다.
배출구는 통상적으로 틀에 의해 둘러싸여 있다. 이 경우, 띠는 틀에 접착되어, 띠와 함께 틀이 배출구 내에 삽입될 수 있게 한다. 띠가 틀에 연결된 경우, 띠와 틀은 같은 재료로 제작되는 것이 바람직하다. 이러한 적합한 예는 역시 금속 재료, 플라스틱 또는 세라믹이다. 그러나, 금속성 재료, 특히 철 재료가 바람직하다.
성형 조성물이 틀 위에나 띠 위에 케이크를 형성하는 것을 피하기 위해, 상기 띠는 성형 조성물이 부착되지 않는 표면을 갖는 것이 바람직하다. 상기 표면에 적합한 재료의 예는, 그 목적에 필요하다면, 폴리테트라플루오로에틸렌, 플루오르화 폴리에틸렌, 폴리에테르에테르케톤 (PEEK), 폴리술폰, 및 또한 이들의 혼합물, 및 내부식성 금속 합금이다.
띠의 표면을 위한 재료가 피복의 형태로 적용된 것이 바람직하다. 띠가 틀에 연결된 경우, 띠 뿐만 아니라 배출구를 둘러싸는 틀도 성형 조성물이 부착되지 않는 재료로 이루어진 표면을 구비하는 것이 바람직하다. 철 금속과 다른 재료로 이루어진 조합이 본원에서 틀림없이 가능하다.
성형 조성물의 압출을 위한 장치는 일반적으로 이중-스크류 압출기이다. 그러나, 3 개 이상, 예를 들면 20 개 이하의 스크류를 사용하는 압출기가 사용될 수도 있고, 또한 큰 직경을 가진 하나의 주 스크류와 그 주위에 배열된 작은 스크류를 갖는, 본 원에 사용되는 용어로는 행성 배열인 압출기가 사용될 수도 있다.
압출기의 스크류는 또한 바람직하게는 함께 회전한다. 그러나, 반대-회전도 가능하다. 하지만, 공-회전 스크류를 갖는 이중-스크류 압출기를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따르는 장치는, 60 중량％ 이하의 잔류 수분을 포함하는 적어도 1종의 수분-촉촉한 엘라스토머 성분 A를, 엘라스토머 성분 A를 기계적으로 탈수하면서, 적어도 1종의 열가소성 중합체 B, 그리고 또한 추가의 중합체 C, 및 첨가제 D와 혼합하기 위해 스크류-기재 기계를 사용하여 제조된, 충격-개질된 열가소성 물질 또는 충격-개질된 열가소성 물질을 포함하는 중합체 배합물의 제조에 특히 적합하다.
60 중량％ 이하의 잔류 수분을 포함하는 수분-촉촉한 엘라스토머 성분 A는 일반적으로 촉촉한 고체이다. 예를 들면, 이는 유화 중합에 의해 수득되고, 침전되고, 60 중량％의 잔류 수분 함량이 되도록 부분적으로 탈수된 그래프트 고무를 수반하며, 가능한 부분적 탈수 방법은 여과, 침강, 압축, 가만히 따르기, 원심분리 또는 열 건조이다. 엘라스토머 성분 A를 압출기의 공급 영역 내에 도입한다. 이는 통상적으로 자동 계량 장비 및 실제 공급 구멍으로 이루어진다. 계량 장비는 예를 들면, 운반될 물질을 계량 구멍 내로 운반하거나 강제로 밀어넣는 운반 스크류이다. 성분 A를 적합한 중량측정 또는 부피측정 계량 장비를 통해 계량하고, 압출기의 흡입 구멍 내로 중력에 의해 계량해 넣는 것도 생각할 수 있다. 공급 영역 부분에서 적합한 스크류의 기하학적 형태가 성분 A의 흡입 및 탈기를 제공한다. 상기 흡입 구멍에 대하여 상류 또는 하류에 배열된 하나 이상의 구멍을 통해 탈기 공정을 수행할 수 있으며, 이는 봉합되지 않은 구멍이거나 본 발명에 따르는 띠를 갖는다.
복수의 엘라스토머 성분 A의 경우, 이들은 한데 계량되거나 동일한 흡입 구멍 내로 또는 공급 영역의 상이한 흡입 구멍 내에 서로 따로따로 계량될 수 있다.
성분 C 및/또는 성분 D, 또는 성분 C 및/또는 D의 총 첨가량의 비율이 예를 들면, 바람직하게는 탈기 부분에 배열된 하나 이상의 추가의 구멍 내로 계량된다. 두 성분 C 및 D가 모두 도입될 경우, 이들은 하나의 구멍을 통해 한데 도입되거나, 예를 들면 C 및 D를 위해 하나씩 상이한 구멍을 통해 도입될 수 있다.
다른 바람직한 실시양태에서, 성분 C 및/또는 성분 D, 또는 성분 C 및/또는 D의 총 첨가량의 비율은 공급 영역의 공급 구멍 내로 또는 공급 영역의 구역에 배열된 하나 이상의 추가의 구멍 내로 계량된다. 이는 또한 제1 공급 영역에 뒤따르는 추가의 공급 영역에서 수행될 수 있고, 이를 위해 상기 공급 영역에 관하여 언급된 것들이 근본적으로 적용가능하다. 공급 영역 및/또는 추가의 공급 영역은 본 발명에 따르면, 역시 바람직하게는 배수를 위해 기능하는 하나 이상의 탈수 구멍을 가질 수 있다.
C 및 D의 물질의 상태의 함수로서, 성분 C 및/또는 D를 위한 계량 장비는 예를 들면, 엘라스토머 성분 A의 계량을 위한 것과 같은 운반 스크류, 또는 펌프, 아니면 압출기일 수 있다.
공급 영역의 구역에서, 및 - 존재한다면 - 탈기 부분에서, 압출기 스크류는 일반적으로 통상의 운반 스크류이다. 상기 응용을 목적으로, 통상의 운반 스크류는 "에르드멘거 (Erdmenger)" 윤곽을 갖는 요소, 즉 완전히 자체-정화되는, 추진 연부(thrust edge)를 갖는 요소, 부등변 사각형의 윤곽을 갖는 요소, 및 직사각형 윤곽을 갖는 요소, 및 큰-피치의 운반 실을 갖는, 즉 운반 방향에서 스크류의 직경보다 큰 피치를 갖는, LGS 요소로 알려진 스크류 요소, 또는 상기 요소들의 조합이며, 상기 스크류들은 압착 부분에서 단(flight)의 수보다 작거나 큰 수의 단을 구비한 것이 가능하다. 2- 또는 1-단, 또는 2- 또는 3-단, 스크류 요소가 본 원에서 함께 사용될 수 있다. 상기 운반 스크류의 스크류 요소는 언급된 부분에서 동일 또는 상이할 수 있다.
수분-촉촉한 엘라스토머 성분은 제1 압착 부분에서 하류로 운반된다. 상기 엘라스토머 성분에 포함된 잔류하는 물의 일부는 상기 제1 압착 부분에서 기계적으로 제거된다. 이를 위해, 물질은 예를 들면, 장벽으로 작용하는 지연 요소를 향하여 운반되는데, 그 위치는 일반적으로 상기 압착 부분의 말단에 있다. 결과는 압력 증가이며, 이는 압력 하에 엘라스토머 성분으로부터 물을 배출한다. 고무의 레올로지의 함수로서, 스크류 요소, 혼련 요소 또는 다른 지연 요소의 상이한 배열이 압력을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 원리적으로, 압력을 증가시키는 기능을 하는 시판되는 장치 요소 중 임의의 것이 적합하다.
적합한 지연 요소의 예는 충상단층 (overthrust), 운반 스크류 요소, 운반의 방향에 반대인 피치를 갖는 스크류 요소이며, 그 중에는 LGS 요소로 알려진, 운반 방향에 반대 방향으로 큰-피치 운반 실을 갖는 스크류 요소, 상이한 폭의 비-운반 혼련 디스크를 갖는 혼련 블럭, 역-운반 피치를 갖는 혼련 블럭, 운반 피치를 갖는 혼련 블럭, 실린더 디스크, 편심 디스크, 및 그로부터 구성된 블럭, 다양한 디자인의 날을 가진 혼합 요소, 중성 지연 디스크, 또는 기계적으로 조절가능한 제한장치, 예를 들면 슬라이딩 배럴, 방사상 제한장치, 또는 중앙 제한장치이다. 2 개 이상의 지연 요소가 서로 조합되는 것이 또한 가능하다. 지연제 작용은 개개의 지연 요소의 길이 및 강도에 의해 각각의 엘라스토머에 동등하게 적용될 수 있다. 압착 부분에서, 상기 제한된 유동 영역의 상류에 위치한, 즉 제1 지연 요소보다 앞선, 스크류 요소는 일반적으로 통상적인 운반 스크류 디자인을 갖는 것이다. 본원에서 하나의 실시양태는 피치 각이 상기 제한된 유동 영역을 향해 더 얕아지는 운반 스크류를 사용한다. 상기 실시양태는 비교적 느린 압력 증가를 초래하는데, 이는 특정 엘라스토머 성분의 탈수에 유리할 수 있다. 압축 영역이라는 용어가 여기에 사용된다.
또 하나의 바람직한 실시양태에서, 탈수 구멍과 제1 지연 요소 사이의 압착 부분은 혼합 요소 및/또는 혼련 요소를 사용한다. 본 실시양태는 엘라스토머 성분의 특정 농도 및 형태학에 대하여 특히 유리할 수 있다.
압출기의 제1 압착 부분에서 디자인 특성 및 모든 작업 변수는, 엘라스토머 물질이 선택된 스크류 회전 속도로 운반 및 압축됨에도 불구하고, 그것이 전혀 없거나 단지 매우 적은 가소화, 초기 용융 또는 용융을 진행하도록 서로 균형을 이룬 것이 바람직하다.
압출기의 압착 부분은 압력 증가를 위해, 운반 방향에 반대인 피치를 갖는 스크류 요소를 포함하고/하거나 적절한 용융 블럭을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 압착 부분에서 엘라스토머 물질로부터 압력 하에 배출된 물은 상기 압출기를 증기로서가 아닌 액체 상으로 떠난다. 덜 바람직한 실시양태에서, 상기 부분에서 제거된 20 중량％ 이하의 물이 증기로 배출된다.
엘라스토머 물질의 추가 탈수를 위해, 적어도 하나의 추가 압착 부분이 제1 압착 부분에 뒤따른다.
본원에 기재된 압착 부분의 실시양태와 함께, 엘라스토머 물질의 탈수를 위해 당업자에게 공지된 임의의 다른 바람직한 기하학적 형태를 사용하는 것이 또한 가능하다. 적합한 압착 부분 또는 탈수 부분은 예를 들면 EP-B 1 400 337에 기재되어 있다.
최종 압착 부분을 통과한 후, 엘라스토머 성분 A는 상당한 분량의 잔류 수분이 제거되어, 공급 부분 내로 통과하는데, 거기에는 열가소성 중합체 B를 위한 하나 이상의 공급 구멍이 있다. 중합체 B는 그 용융물의 형태로 도입되는 것이 유리하다. 상기 부분이 복수의 공급 구멍을 포함하는 경우, 그 배열은 예를 들면 압출기의 세로 방향에서 상상의 축을 따라 연속적이거나, 압출기의 주변을 따라 원의 형태로, 또는 압출기 주위로 상상의 나선을 따라서 상기 구멍들을 가질 수 있다.
중합체 B의 용융물은 예를 들면 압출기에 의해, 또는 용융물 펌프 또는 계량 스크류와 같은 운반 장비에 의해 도입될 수 있다.
공급 부분에서, 열가소성 중합체 B의 용융물 뿐만 아니라 성분 C 및/또는 성분 D, 또는 성분 C 및/또는 D의 총 첨가량의 일부가 압출기 내에 도입되는 것도 가능하다. 그러나, 이들 성분은 용융물 또는 액체의 형태를 취할 수 있고, 이 경우에는 중합체 B의 용융물의 도입을 위해서도 사용되는 계량 장비를 이용하여, 또는 상기 성분이 액체인 경우, 액체 펌프를 이용하여 상기 물질 내에 일반적으로 계량된다. 고체 성분 C 및/또는 D의 경우, 계량은 통상적으로 성분 A에 대하여 기재된 것과 같이 수행된다.
열가소성 용융물 B 및 또한, 적절하다면, 성분 C 및/또는 D를 도입하는 부분은 일반적으로 전이 영역에 뒤따르며, 이는 혼합 요소, 혼련 요소, 및/또는 다른 가소화 요소를 갖는다. 혼합 요소 및/또는 혼련 요소는, 탈수된 엘라스토머 성분 A, 및 또한 적절하다면, 성분 C 및/또는 D를 동시에 용융하면서, 중합체 혼합물을 균질화한다.
당업자에게 친숙한 요소들이 혼합 요소 및 혼련 요소로 사용될 수 있다. 적합한 요소의 예는 운반 방향으로 작은 정도의 피치를 갖는 스크류 요소, 좁거나 넓은 운반 또는 비-운반 혼련 디스크를 갖는 혼련 블럭, 운반 방향에 반대되는 피치를 갖는 스크류 요소, 실린더 디스크, 편심 디스크, 이들 디스크를 포함하는 블럭, 날을 가진 혼합 요소 또는 용융물 혼합 요소, 또는 이들 요소의 조합이다. 지연 요소를 위해 예로써 언급된 스크류 요소를 사용하는 것도 가능한데, 그 이유는 임의의 지연 요소 또한 일반적으로 혼합 작용을 갖기 때문이다. 가소화를 위해 사용되는 혼합 및 혼련 요소는 바람직하게는 혼련 블럭의 다양한 조합이다. 배플을 사용하는 것이 유리할 수도 있다. 언급된 모든 요소는 압출기 배럴의 직경에 해당하는 통상의 디자인으로, 또는 특정의 감소된-직경의 디자인으로 사용될 수 있다.
성형 조성물의 압출을 위한 본 발명의 장치는 하나 이상의 휘발성분 제거 부분을 가지며, 각각은 하나 이상의 배출구를 갖는다. 상기 휘발성분 제거 부분에서, 상기 압착 부분에서 기계적으로 제거되지 않은 남아있는 잔류 수분이 어느 정도 또는 완전히 제거된다. 휘발성분 제거 부분은 열가소성 중합체 B를 위한 공급 부분에 앞서 위치할 수 있다. 상기 배열은 또한 공급 부분의 뒤에, 즉 하류에 이들을 가질 수도 있다. 상기 배열은 성분 B를 위한 공급 부분의 앞에 휘발성분 제거 부분을, 및 그 후에 휘발성분 제거 부분을 갖는 것도 가능하다. 적어도 2 개의 공급 부분 사이에 하나 이상의 휘발성분 제거 부분을 배열하는 것도 가능하다. 휘발성분 제거 부분 및 공급 부분은, 휘발성분 제거가 용융물의 각각의 공급 이전 또는 이후에 수행될 수 있도록 배열될 수 있다. 최종 가소화 부분 후에 추가로 하나 이상의 휘발성분 제거 부분을 배열하는 것이 또한 가능하다. 하나의 바람직한 실시양태에서는, 최종 가소화 부분 후에 배열된 휘발성분 제거 부분이 장치의 유일한 휘발성분 제거 부분이다. 중합체 용융물의 온도가 일반적으로 100℃보다 높으므로, 물은 거의 완전히 증기의 형태로 배출된다. 물의 증발에 필요한 에너지는 압착 또는 가소화 공정에 의해 도입되고/되거나, 계량된 용융물에 의해 도입되고, 또한 약간 정도는 상기 영역에서 압출기의 외부 가열에 의해 도입된다.
배출구의 배열은 도입부에서 설명한 것과 같을 수 있고, 이들은 도입부에 기재된 기하학적 형태를 가질 수 있다. 직사각, 원형, 또는 숫자-8의 단면을 가지고, 위에 위치하거나 아래에 위치한 배열, 또는 측부 배열이 특히 바람직하다. 본 발명에 따르면, 본원에서 적어도 하나의 배출구는 띠를 갖는다.
배출구는 대기압에서, 진공 하에, 또는 대기압 이상의 압력에서 수행될 수 있고, 모든 배출구는 동일 또는 상이한 압력을 가질 수 있다. 이러한 점에서 압출 생성물의 습기 함량은 적절한 압력 증가 또는 진공에 의해 특정 한계 내에서 조절될 수 있다. 진공의 경우, 절대 압력은 통상적으로 2 내지 900 mbar, 바람직하게는 10 내지 800 mbar, 특히 바람직하게는 30 내지 500 mbar이다. 대기압 이상의 압력에서 휘발성분을 제거하는 경우, 압력은 절대 압력 20 bar 이하로 통상적으로 조절된다. 그러나, 상기 휘발성분 제거 부분을 대기압 또는 진공 하에 작동하는 것이 바람직하다.
휘발성분 제거 부분의 수, 및 또한 상기 도입부에서 설명한 바와 같이, 배출구의 수, 배열 및 치수는 휘발성분 제거 부분을 들어가는 중합체의 수분 함량 및 최종 생성물 중 원하는 수분 함량에 의존하는 것이 유리하다. 하나의 바람직한 실시양태에서, 2 또는 3 개의 휘발성분 제거 부분을 갖는 압출기가 사용된다.
엘라스토머 성분 A에 포함된 잔류 수분의 일부는 일반적으로 압착 부분에서 미리 제거되었으므로, 엘라스토머 성분 A 중 압출 이전에 포함된 잔류 수분과 함께 계산하여 휘발성분 제거 부분 전체에서 제거된 양은 약 10 내지 80 중량％, 바람직하게는 20 내지 75 중량％이다.
휘발성분 제거 부분의 영역에서, 압출기 스크류는 일반적으로, 공급 영역에 대하여 전술한 것과 같은 종래의 운반 스크류이다. 그러나, 물의 증발에 소모되는 에너지가 다시 도입되도록, 배출구 사이의 영역에서 스크류 내에 혼련 요소 또는 혼합 요소를 도입하는 것이 권장할 만하다.
최종 휘발성분 제거 부분 및 계량 영역 사이에, 계량 장비의 적어도 하나의 아이템을 사용하여 성분 C 및/또는 D, 또는 성분 C 및/또는 D의 총 첨가량의 일부를 압출기 내에, 한데 또는 따로따로 도입하는 추가의 부분이 있을 수 있다. 상기 추가의 부분은 통상적으로 혼합 요소, 혼련 요소, 또는 기타 가소화 요소, 예를 들면 상기 전이 영역에 대하여 예로써 상기 언급된 것들을 갖는다. 이들 요소는 중합체 혼합물을 균질화한다.
성형 조성물의 압출을 위한 장치는 계량 영역과 함께 종결된다. 이는 일반적으로 운반 스크류 및 정의된 배출 구멍에서 종결되는 봉합된 배럴 부분을 포함한다. 다이 헤드가 배출 구멍으로 바람직하게 사용되며 예를 들면 다이 판이다. 다이는 원형이거나, 슬롯-모양, 또는 임의의 다른 모양일 수 있다. 다이 판의 경우, 가닥은 통상의 방식으로, 예를 들면 수중에서 냉각되고, 펠렛화된다. 특히 슬롯 다이가 사용될 경우 마름모꼴 장식(dicing)이 가능하다.
하나의 특별한 실시양태는, 가닥 벗김, 수욕, 및 펠렛화기와 통상적으로 달리 조합된 다이 판 대신, 다이 헤드에 이어 수면 하의 펠렛화기를 사용하는 것을 가능케 한다. 본원에서 중합체 용융물은 바람직하게는 원 모양으로 배열된 둥근 구멍을 갖는 다이 판을 통과하고, 수면 아래의 회전 나이프에 의해 절단되고, 수면 아래에서 냉각되며, 이로써 중합체가 고체화되어 비교적 둥근, 비드-모양의 그레인을 수득한다. 그러나, 구멍의 배열은 또한 통상의 비-원형일 수도 있고, 구멍의 모양 또한 통상적으로 둥글지 않을 수 있다.
별법으로, 다이 헤드로부터 나오는 중합체 용융물을 액체로 냉각시키지 않고, 대신 다이 헤드로부터 나온 후, 간단한 공기 냉각 후 여전히 뜨거울 때에 분쇄하는, 다이-면 절단 공정을 사용하는 것도 가능하다. 수득되는 펠렛을 그 후, 예를 들면 물을 분무하여 더 냉각시키거나, 필요하다면 추가의 공정 도중 냉각시킨다. 이들은 또한 뜨거운 동안 더 가공되거나, 직접 압출하여 시트, 포일, 관 및 윤곽을 수득할 수 있다.
추가의 실시양태는 수면 아래 펠렛화로 알려진 것을 이용한다. 여기에서, 용융물은 가닥의 형태로 다이 판으로부터 나오고, 물의 스트림으로 즉시 적셔지며, 그럼으로써 상기 가닥들은 경사진 면에 의해 수욕 내에 도입되고 냉각 후 펠렛화된다.
하나의 특정 실시양태에서, 계량 영역은 - 운반 방향으로 - 압출기에서 나오는 용융물의 여과를 위한, 다이 헤드에 앞서 위치한 장치를 갖는다. 연속적인 용융물 여과를 위한 이들 장치는 당업자에게 공지되어 있으며 상업적으로 입수가능하다. 필요하다면, 용융물의 압력을 여과 단위를 통과하는 데 필요한 정도로 증가시키기 위해, 계량 영역과 용융물 여과 시스템 사이에 운반 단위를 설치하는 것이 가능하며, 그 예는 용융물 펌프 또는 스크류 운반기이다.
여과 장치로부터 나오는 용융물을 펠렛화하거나, 전술한 것과 같이, 다른 방식으로 더 가공한다.
배출된 중합체의 수분 함량, 즉 "가닥 습기 함량"은 상기 중합체를 기준으로 일반적으로 0.05 내지 1.5 중량％이다. 배출 구멍에서 나오는 중합체 용융물의 온도는 사용된 중합체의 함수로서, 일반적으로 180 내지 350℃이다.
잘 알려진 바와 같이, 압출기의 다양한 영역은 스크류의 축을 따라 이상적인 온도 윤곽을 설정하도록 개별적으로 가열 또는 냉각될 수 있다. 또 하나의 당업자에게 친숙한 요인은 압출기의 개별 부분이 통상적으로 상이한 길이를 가질 수 있다는 것이다. 특히, 특정의 제품 성질을 수득하기 위해 압출기의 특정 부분을 냉각시키거나, 나머지 압출기의 온도와는 차이가 있는 특정 온도로 그들의 온도를 조절하는 것이 권장될 수 있다.
개별 부분의 경우 임의의 특정한 경우에 선택되는 온도 및 길이는 예를 들면 성분에 대하여 상기 언급된 화학적 및 물리적 성질, 및 이들의 긴밀한 관계의 함수로서 달라진다.
동일한 것이 넓은 범위 내에서 변할 수 있는 스크류 회전 속도에도 적용된다. 단지 예로써, 압출기 스크류의 경우 50 내지 1800 rpm 범위의 회전 속도가 언급될 수 있다. 바람직한 회전 속도 범위는 100 내지 700 rpm이다.
압착 부분의 영역에서, 50 내지 1200 rpm의 스크류 회전 속도에서, 15 내지 450 s-1의 평균 전단 속도를 부여하도록 압출기를 고안 및 작동하는 것이 유리하다. 유리한 속도는 100 내지 700 rpm의 바람직한 회전 속도 범위의 경우 35 내지 260 s-1이다. 그러나, 사용되는 성분의 본성, 양, 및 성질의 함수로서, 상기 범위 외의 평균 전단 속도에서 수행하는 것이 유리할 수도 있다.
사용되는 압출기 스크류는 임의의 시판되는 스크류를 포함할 수 있는데, 예를 들면 그 외경은 10 내지 1000 mm이다. 적합한 스크류 직경은 예를 들면 압출기 내에 계량되는 성분의 본성과 양에 의해 결정된다. 스크류의 외경은 압출기를 따라서 일정하거나 특정 한계 내에서 변할 수 있다.
성분의 본성과 양의 함수로서, 비교적 작은 단 깊이를 갖는 스크류, 또는 깊은-절단 스크류로 알려진 비교적 큰 단 깊이를 갖는 스크류가 압출기에 사용될 수 있다. 단 깊이 비 D스크류 ,외부/D스크류 ,내부가 1.2 내지 1.8, 바람직하게는 1.4 내지 1.6, 특히 바람직하게는 1.45 내지 1.58인 스크류를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르는 방법에 적합한 압출기의 시판되는 실시양태는 예를 들면 1.55의 단 깊이 비를 가지며, 즉 큰 단 깊이를 갖는다.
다른 실시양태는 중간의 단 깊이를 갖는 스크류, 특히 그 단 깊이 비가 1.4 내지 1.48인 것들을 사용한다. 압출기의 상기 실시양태는 특정 성분 및 성분의 특정 양의 경우 유리할 수 있다. 단 깊이 비가 2를 초과하는 스크류가 또한 적합하다.
스크류 상의 스타트(start)의 수는 변할 수 있다. 특히, 스타트의 수는 1 또는 2 또는 3이다. 2-단 스크류를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 다른 스타트 수를 갖는 스크류가 사용되거나, 상이한 스타트 수를 갖는 부분을 갖는 스크류가 사용될 수도 있다.
스타트의 수와 단 깊이 비 사이에 관계가 있는, 다층 스크류라는 용어가 사용되는, 단 깊이 비가 스크류를 따라서 변하는 압출기 스크류가 특히 사용될 수 있다. 바람직하게 사용될 수 있는 스크류는, 3 개에서 2 개 스타트로의 변화가 단 깊이가 낮은 데서 높은 단 깊이 비로 변화하는 것에 수반되는 것이다.
전술한 방법의 모든 실시양태에 공통적인 특성은 압출기 내에 성분 C 및/또는 D를 도입하는 것이, 압출기 내용물이, 압력을 증가시키는 요소들에 의해 생성된 높은 압력에 놓이는 영역에서 수행되지 않는다는 것이다. 대신, C 및/또는 D는 상기 영역의 전 또는 후에, 또는 가압하지 않고 전체적으로, 즉 중성적으로 운반하는 스크류 요소에 의해 제공된 통상의 압력에 대해서만 적절한 거리에서 물질 내에 계량된다.
사용되는 엘라스토머 성분 A는 엘라스토머 성질을 가지며 압출기 내에 도입될 수 있는 임의의 중합체를 포함할 수 있다. 다양한 엘라스토머 성분 A의 혼합물을 사용하는 것도 가능하다.
사용되는 특정 성분 A는, 도입부에 언급된 것과 같이, 미립자 고무이다. 일반적으로 엘라스토머성이 아닌 다른 중합체로 이루어진 그래프트-부착된 외피를 갖는 고무가 특히 바람직하다. 본 발명의 하나의 바람직한 실시양태에서, 부분적으로 탈수된 물질의 형태로 압출기 내에 도입되는 그래프트 고무의 종류는 50 중량％ 이하, 특히 바람직하게는 25 내지 40 중량％의 잔류 수분을 포함한다.
본 발명의 하나의 실시양태는, 사용되는 엘라스토머 성분 A가 2- 또는 다층 구조의 그래프트 고무를 포함하고, 여기에서 엘라스토머성 바닥 또는 그래프트 층은 1종 이상의 단량체 부타디엔, 이소프렌, 클로로프렌, 스티렌, 알킬스티렌, 아크릴산 또는 메타크릴산의 C1-C10-알킬 에스테르, 및 또한, 가교 단량체를 포함하는 소량의 여타 단량체의 중합에 의해 수득되며, 여기에서 경질의 그래프트 층은 1종 이상의 단량체 스티렌, 알킬스티렌, 아크릴로니트릴, 및 메틸 메타크릴레이트를 중합시켜 수득되는 방법에 있다.
부타디엔/스티렌/아크릴로니트릴, n-부틸 아크릴레이트/스티렌/아크릴로니트릴, 부타디엔/n-부틸 아크릴레이트/스티렌/아크릴로니트릴, n-부틸 아크릴레이트/메틸 메타크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트/스티렌/메틸 메타크릴레이트, 부타디엔/스티렌/아크릴로니트릴/메틸 메타크릴레이트 및 부타디엔/n-부틸 아크릴레이트/메틸 메타크릴레이트/스티렌/아크릴로니트릴을 기재로 하는 중합체로 이루어진 그래프트 입자 A가 바람직하다. 코어 또는 외피는 10 중량％ 이하의 공중합된 가교 단량체 또는 관능기를 포함하는 극성 단량체를 포함할 수 있다.
본 실시양태에서, 사용되는 열가소성 중합체 B는 스티렌-아크릴로니트릴 (SAN) 공중합체, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐 클로라이드, 또는 상기 중합체의 혼합물을 포함한다.
본원에서 SAN 중합체, 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 또는 상기 중합체의 혼합물이 바람직하다.
사용될 수 있는 다른 열가소성 중합체 B는 폴리카르보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 폴리알킬렌 테레프탈레이트, 폴리옥시메틸렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 및 폴리아미드, 그리고 상기 열가소성 물질의 혼합물이다. 사용되는 중합체 B는 또한 열가소성 폴리우레탄(TPU)과 같은 열가소성 엘라스토머를 포함할 수도 있다.
사용되는 성분 B도 마찬가지로 스티렌/말레산 무수물, 스티렌/이미드화 말레산 무수물, 스티렌/말레산 무수물/이미드화 말레산 무수물, 스티렌/메틸 메타크릴레이트/이미드화 말레산 무수물, 스티렌/메틸 메타크릴레이트, 스티렌/메틸 메타크릴레이트/말레산 무수물, 메틸 메타크릴레이트/이미드화 말레산 무수물, 스티렌/이미드화 메틸 메타크릴레이트, 이미드화 PMMA, 또는 상기 중합체의 혼합물을 기재로 하는 공중합체를 포함할 수 있다.
언급된 모든 열가소성 중합체 B에서, 스티렌은 α-메틸스티렌으로, 또는 고리-알킬화된 스티렌으로, 또는 아크릴로니트릴로 완전히 또는 어느 정도 치환된 것일 수 있다.
마지막으로 언급된 중합체 B 중에서, α-메틸스티렌/아크릴로니트릴, 스티렌/말레산 무수물, 스티렌/메틸 메타크릴레이트, 및 이미드화 말레산 무수물과의 공중합체를 기재로 하는 것들이 바람직하다.
엘라스토머 성분 A의 알려진 예는 부타디엔과 같은 공역 디엔의, 비닐방향족 화합물을 기재로 하는 외부 그래프트 외피와의 중합체, 예를 들면 SAN 공중합체이다. 다른 알려진 물질은, 비닐방향족 화합물을 기재로 하는 중합체, 예를 들면 SAN 공중합체로 그래프트된, 아크릴산의 C1-C10-알킬 에스테르, 예를 들면 n-부틸 아크릴레이트 또는 에틸헥실 아크릴레이트로부터 유래된 가교된 중합체를 기재로 하는 그래프트 고무이다. 다른 친숙한 그래프트 고무는 근본적으로 공역 디엔 및 C1-C10-알킬 아크릴레이트로 이루어진 공중합체, 예를 들면 부티디엔-n-부틸 아크릴레이트 공중합체, 및 SAN 공중합체, 폴리스티렌, 또는 PMMA로 이루어진 외부 그래프트 층을 포함하는 것들이다.
통상의 방법에 의해, 특히 유화 중합 또는 현탁 중합에 의해 이들 그래프트 고무를 제조하는 것이 알려져 있다.
SAN-그래프트화 폴리부타디엔을 기재로 하는 그래프트 고무는 DT 24 27 960 및 EP-A 258 741의 명세서에 예로써 기재되어 있고, SAN-그래프트화 폴리-n-부틸 아크릴레이트를 기재로 한 것들은 DE-B 12 60 135 및 DE-A 31 49 358에 예로써 기재되어 있다. SAN-그래프트화 폴리(부타디엔/n-부틸 아크릴레이트) 혼합된 고무에 관한 추가의 세부사항은 EP-A 62 901에서 찾아볼 수 있다.
마지막 문단에서 언급된 그래프트 고무의 경우에 사용되는 열가소성 중합체 B는 스티렌과 아크릴로니트릴의 공중합체를 포함한다. 이들은 공지되어 있고, 일부의 경우에는 또한 상업적으로 입수가능하며, 이들의 고유 점도 VN(25℃에서 DIN 53 726에 따라 측정, 디메틸포름아미드 중 0.5 중량％)은 일반적으로 40 내지 160 ml/g이며, 약 40 000 내지 2 000 000의 평균 분자량 Mw에 해당한다.
열가소성 중합체 B는 연속적 벌크 중합 또는 연속적 용액 중합에 의해 바람직하게 제조되며, 여기에서 수득되는 용융물은, 적절하다면 예를 들어 용융물 펌프를 이용하여 용매를 제거한 후, 압출기에 직접적으로 및 연속적으로 공급된다. 그러나, 유화 중합, 현탁 중합 또는 침전 중합에 의한 제조도 가능하며, 본원에서 중합체는 추가의 작업에서 액체 상으로부터 단리된다.
제조 공정의 세부사항은 예를 들면 문헌[Kunststoffhandbuch [Plastics Handbook], eds. R. Vieweg and G. Daumiller, vol. V "Polystyrol" [Polystyrene], Carl Hanser Verlag, Munich, 1969, p. 118 - p. 124]에 기재되어 있다.
엘라스토머 성분 A가 SAN-그래프트화 폴리부타디엔일 경우, SAN의 도입은 ABS(아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌)로 알려진 성형 조성물을 제공한다. 사용되는 성분 A가 SAN-그래프트된 알킬 아크릴레이트를 포함하는 경우, 생성물은 ASA 성형 조성물(아크릴로니트릴/스티렌/아크릴레이트)로 알려져 있다.
다른 실시양태에서, 폴리디엔 및/또는 폴리알킬 아크릴레이트를 기준으로 60 중량％ 이하의 잔류 수분 함량을 갖는 그래프트 고무, 및 또한 SAN 및/또는 PMMA가 사용되며, 이들은 2 개를 넘는 그래프트 층으로 이루어진다.
이들 다층 그래프트 입자의 예는 코어로 폴리디엔 및/또는 폴리알킬 아크릴레이트, 제1 외피로 폴리스티렌 또는 SAN 중합체, 그리고 제2 외피로 상이한 스티렌:아크릴로니트릴 중량 비를 갖는 다른 SAN 중합체를 포함하는 입자이거나, 아니면 폴리스티렌 코어, 폴리메틸 메타크릴레이트 코어 또는 SAN 중합체 코어, 폴리디엔 및/또는 폴리알킬 아크릴레이트로 이루어진 제1 외피, 및 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트 또는 SAN 중합체로 이루어진 제2 외피로 이루어진 입자이다. 추가의 예는 폴리디엔 코어, 하나 이상의 폴리알킬 아크릴레이트 외피, 및 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트 또는 SAN 중합체로 이루어진 하나 이상의 중합체 외피로 이루어진 그래프트 고무이며, 또 다른 예는 아크릴레이트 코어와 폴리디엔 외피를 갖는 유사한 구조의 그래프트 고무이다.
통상적으로 사용되는 여타 공중합체는 가교된 알킬 아크릴레이트, 스티렌, 메틸 메타크릴레이트, 및 PMMA로 이루어진 외피로 이루어진 다층 코어-외피 구조를 갖는다.
이들 다층 그래프트 고무는 DE-A 31 49 046에 예로써 기재되어 있다. PMMA로 이루어진 외피를 갖는 n-부틸 아크릴레이트/스티렌/메틸 메타크릴레이트를 기재로 하는 그래프트 고무는 EP-A 512 333에 예로써 기재되어 있지만, 이들 그래프트 고무의 임의의 다른 선행-기술 구조도 가능하다.
이러한 유형의 고무는 폴리비닐 클로라이드, 바람직하게는 내충격성 PMMA를 위한 충격-개질 성분으로 사용된다.
사용되는 열가소성 중합체 B는 역시 언급된 SAN 공중합체 및/또는 PMMA를 바람직하게 포함한다.
엘라스토머 성분 A가 n-부틸 아크릴레이트/메틸 메타크릴레이트를 기재로 하는 다층외피 구조의 코어/외피 중합체일 경우, 그리고 상기 중합체 B가 PMMA일 경우, 생성물은 따라서 내충격성 PMMA이다.
미립자 그래프트 고무의 직경은 0.05 내지 20 mm이다. 공지된 작은-직경의 그래프트 고무가 포함될 경우, 직경은 바람직하게는 0.08 내지 1.5 mm, 특히 바람직하게는 0.1 내지 0.8 mm이다.
현탁 중합에 의해 유리하게 제조된 큰-입자 그래프트 고무의 경우, 직경은 바람직하게는 1.8 내지 18 mm, 특히 2 내지 15 mm이다. 이들 큰-직경 그래프트 고무는 DE-A 44 43 886에 예로써 기재되어 있다.
다시 상기 실시양태에서, 바람직한 성분 B는 언급된 SAN 공중합체, 폴리스티렌 및/또는 PMMA이다.
성분 C는 추가의 중합체, 특히 열가소성 중합체를 포함한다. 성분 C를 위해 사용될 수 있는 중합체는 열가소성 중합체 B에 대하여 언급된 것들 중 임의의 것이다. 중합체 B 및 C는 일반적으로 사용된 단량체에 있어서 상이하다.
중합체 B 및 C를 구성하는 단량체가 동일한 경우, 성분 B 및 C는 일반적으로 단량체의 정량적 비율이 상이하며 - 예를 들면, 중합체 B 및 C는 스티렌:아크릴로니트릴 비가 상이한 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체일 수 있다. 단량체의 정량적 비율이 또한 동일한 경우, 중합체 B 및 C는 상이한 평균 분자량 Mw(B) 및 Mw(C)에서 상이하며, 이는 예를 들면 상이한 고유 점도 VN(B) 및 VN(C)로 측정될 수 있다.
C의 제조에 사용되는 단량체는 또한, 단량체 스티렌, 아크릴로니트릴, 메틸 메타크릴레이트, 및 성분 B에 대하여 특히 언급된 비닐 클로라이드와 함께 실질적인 구성성분으로 이하의 여타 화합물을 포함할 수 있다:
- α-메틸스티렌 및 C1-C8-고리-알킬화 스티렌 및, 각각, α-메틸스티렌(들)
- 메타크릴로니트릴,
- 아크릴산 및 메타크릴산의 C1-C20-알킬 에스테르,
- 말레산, 말레산 무수물, 및 또한 말레이미드,
- 비닐 에테르, 비닐포름아미드.
성분 C의 경우, 예를 들면 α-메틸스티렌/아크릴로니트릴 및 메틸 메타크릴레이트/알킬 아크릴레이트를 기재로 하는 중합체, 및 또한 아크릴산 또는 메타크릴산의 알킬 에스테르 및 스티렌, 그리고 각각, 아크릴로니트릴, 및 각각 스티렌 및 아크릴로니트릴로 이루어진 공중합체가 언급될 수 있다.
다른 바람직한 중합체 C는
- 성분 B와 비교할 때, 단량체의 상이한 정량적 비율을 갖거나, 상이한 평균 분자량 Mw을 갖는 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체,
- α-메틸스티렌 및 아크릴로니트릴로 이루어진 공중합체,
- 폴리메틸 메타크릴레이트,
- 폴리카르보네이트,
- 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트,
- 폴리아미드,
- 적어도 2종의 단량체 스티렌, 메틸 메타크릴레이트, 말레산 무수물, 아크릴로니트릴 및 말레이미드로 이루어진 공중합체, 예를 들면 스티렌, 말레산 무수물, 및 페닐말레이미드로 이루어진 공중합체,
- 벌크 중합 또는 용액 중합에 의해 제조된 ABS,
- 열가소성 폴리우레탄 (TPU).
상기 중합체의 제조는 당업자에게 공지되어 있으므로, 단지 간단한 세부사항을 이하에 기재한다.
폴리메틸 메타크릴레이트는 특히 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)이고, 또한 40 중량％ 이하의 다른 공중합가능한 단량체와 함께 메틸 메타크릴레이트를 기재로 하는 공중합체, 예컨대 바스프 아크티엔게젤샤프트(BASF Aktiengesellschaft)의 제품인 루크릴(Lucryl®), 또는 룀 게엠베하(Roehm GmbH)의 제품인 플렉시글라스(Plexiglas®)로 입수가능한 것들이다. 단지 예로써, 98 중량％의 메틸 메타크릴레이트 및 공단량체로서 2 중량％의 메틸 아크릴레이트로 이루어진 공중합체(플렉시글라스® 8N, Roehm)가 언급될 수 있다. 메틸 메타크릴레이트와 공단량체로 스티렌 및 말레산 무수물로 이루어진 공중합체도 마찬가지로 적합하다 (플렉시글라스® HW55, Roehm).
적합한 폴리카르보네이트는 그 자체로 공지되어 있다. 이들은 예를 들면 계면 중축합에 의해 DE-B 1 300 266의 방법으로, 또는 비페닐 카르보네이트와 비스페놀과의 반응에 의해 DE-A 14 95 730의 방법으로 수득가능하다. 바람직한 비스페놀은 일반적으로 비스페놀 A라 하는 2,2-디(4-히드록시페닐)프로판이다.
비스페놀 A 대신, 다른 방향족 디히드록시 화합물, 특히 2,2-디(4-히드록시페닐)펜탄, 2,6-디히드록시나프탈렌, 4,4'-디히드록시디페닐 술폰, 4,4'-디히드록시디페닐 에테르, 4,4'-디히드록시디페닐 설파이트, 4,4'-디히드록시디페닐메탄, 1,1-디(4-히드록시페닐)에탄 또는 4,4-디히드록시비페닐, 및 또한 상기 언급된 디히드록시 화합물의 혼합물을 사용하는 것도 가능하다.
특히 바람직한 폴리카르보네이트는 비스페놀 A, 또는 30 몰％ 이하의 상기 언급된 방향족 디히드록시 화합물과 함께 비스페놀 A를 기재로 하는 것들이다.
폴리카르보네이트는 예를 들면 상표명 마크롤론(Makrolon®, Bayer), 렉산(Lexan®, General Electric), 팬라이트(Panlite®, Tejin) 또는 칼리브르(Calibre®, Dow)로 입수가능하다.
이들 폴리카르보네이트의 상대 점도는 일반적으로 1.1 내지 1.5, 특히 1.28 내지 1.4의 범위이다 (25℃에서, 디클로로메탄 중 0.5 중량％ 농도의 용액 중 측정).
폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 테레프탈산 또는 그의 에스테르와 부탄디올 또는 에탄디올과의, 촉매를 이용하는 축합에 의해 그 자체 공지된 방식으로 일반적으로 제조된다. 본원에서 축합 반응은 유리하게는 2-단계 반응(예비축합 및 중축합)이다. 세부사항은 예를 들면 문헌[Ullmann's Encyclopaedie der Technischen Chemie [Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry], 4th edition, volume 19, pp 61-88]에서 찾아볼 수 있다. 폴리부틸렌 테레프탈레이트는 예를 들면 울트라두르(Ultradur®, BASF)로 상업적으로 입수가능하다.
바람직한 폴리아미드는 매우 일반적으로 임의의 종류의 지방족 반결정성 또는 반방향족 및 또한 무정형 구조를 갖는 것들 및 이들의 배합물이다. 상응하는 제품이 예를 들면 상표명 울트라미드(Ultramid®, BASF)로 입수가능하다.
열가소성 폴리우레탄은 유기, 바람직하게는 방향족 디이소시아네이트, 예를 들면 디페닐메탄 4,4'-디이소시아네이트를, 바람직하게는 실질적으로 직쇄인 폴리히드록시 화합물, 예를 들면 폴리에테롤 또는 폴리알킬렌 글리콜 폴리아디페이트와 같은 폴리에스테롤, 및 사슬 연장제로 작용하는 디올, 예를 들면 부탄-1,4-디올과, 3차 아민(예, 트리에틸아민) 또는 유기금속 화합물과 같은 촉매의 존재 하에서 반응시킴으로써 통상적으로 제조된다.
본원에서 디이소시아네이트의 NCO 기 대 OH 기 전체(폴리히드록시 화합물 및 사슬-연장제 디올로부터 유래된)의 비는 바람직하게는 약 1:1이다.
TPU는 벨트 공정으로 알려진 것에 의해 바람직하게 제조되는데, 여기에서, 언급된 성분들과 촉매는 혼합 헤드에 의해 연속적으로 혼합되고, 반응 혼합물이 컨베이어 벨트에 적용된다. 벨트는 그 온도가 60 내지 200℃로 조절되는 영역을 통과하며, 그에 의해 혼합물이 그 반응을 완료하며 고체화된다.
TPU의 세부사항은 예를 들면 EP-A 443 432에서 찾아볼 수 있다. TPU는 예를 들면 상표명 엘라스톨란(Elastollan®, Elastogran)으로 입수가능하다.
성분 C는 또한 공지의 방식으로 제조된, 에틸렌, 프로펜 및 부텐과 같은 C2-C8 알켄과 다음 화합물과의 공중합체로 주로 이루어질 수 있다:
- 비닐방향족 화합물,
- 아크릴산 및 메타크릴산, 아크릴산 및 메타크릴산의 C1-C10-알킬 에스테르와 같은 극성 공단량체,
- 말레산, 말레산 무수물, 푸마르산, 이타콘산과 같은, 여타 모노- 또는 다관능성 에틸렌계 불포화 산, 및 이들의 에스테르, 특히 글리시딜 에스테르, C1-C8 알칸올과의 에스테르, 및 아릴-치환된 C1-C8 알칸올과의 에스테르,
- 일산화 탄소,
- 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트 및 비닐 알킬 에테르와 같은 비-방향족 비닐 화합물,
- 히드록시에틸 아크릴레이트, 디메틸아미노에틸 아크릴레이트, 비닐카르바졸, 비닐아닐린, 비닐카프로락탐, 비닐피롤리돈, 비닐이미다졸 및 비닐포름아미드와 같은 염기성 단량체,
- 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴.
하나의 바람직한 실시양태는 40 내지 75 중량％의 에틸렌, 5 내지 20 중량％의 일산화 탄소 및 20 내지 40 중량％의 n-부틸 아크릴레이트(엘발로이(Elvaloy)® HP-4051(DuPont)로 상업적으로 입수가능)로부터 제조될 수 있는 중합체 C를 사용하거나, 50 내지 98.9 중량％의 에틸렌으로부터, 1 내지 45 중량％의 n-부틸 아크릴레이트로부터, 및 0.1 내지 20 중량％의, 아크릴산, 메타크릴산 및 말레산 무수물의 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로부터 제조될 수 있는 중합체를 사용한다.
마지막-언급된 실시양태는 자유-라디칼 중합에 의해 통상적으로 제조되며, 그 제법은 US 2 897 183 및 US 5 057 593의 명세서에 기재되어 있다.
다른 적합한 재료는 부타디엔, 또는 스티렌, 메틸 메타크릴레이트 또는 아크릴로니트릴로 치환된 부타디엔으로 이루어진 공중합체, 예를 들면 니트릴 고무 (NBR) 또는 스티렌-부타디엔 고무(SBR)이다. 이들 공중합체에서 올레핀계 이중 결합은 전부 또는 어느 정도 수소화된 것일 수 있다.
다른 적합한 성분 C는, 부타디엔 및 스티렌으로 이루어지고 블럭 구조를 갖는, 적절하다면 수소화되거나 부분적으로 수소화된 공중합체를 구비한다. 이들은 sec-부틸리튬과 같은 유기금속 화합물을 이용하여, 예를 들면 스티렌/부타디엔 (2-블럭) 구조 또는 스티렌/부타디엔/스티렌 (3-블럭) 구조를 갖는 선형 블럭 고무를 생성함으로써, 용액 중 음이온성 중합 방법에 의해 바람직하게 제조된다. 상기 블럭을 서로로부터 분리하는 랜덤 분포를 갖는 중합체가 있을 수 있고, 또한 블럭이 각각의 다른 단량체 단위의 부수적인 양을 포함하는 것도 가능하다.
개시제와 함께 동시에 소량의 에테르, 특히 테트라히드로푸란(THF)이 사용되는 경우, 중합체 사슬은 처음에 부타디엔-풍부한 부분으로 시작하여 사슬을 따라 증가하는 스티렌 함량을 가지며 마지막으로 말단 단독-폴리스티렌 부분으로 종결되는 중합체 사슬이 제조된다. DE-A 31 06 959가 상기 제조 공정의 세부사항을 기재한다. 적절하다면 수소화되거나 부분적으로 수소화된, 이러한 유형의 구조를 갖는 중합체 C도 매우 적합하다.
성분 C로 매우 적합한 다른 재료는, 다관능성 분자에 의해 스티렌/부타디엔/스티렌 유형의 3-블럭 중합체로 주로 이루어진, 복수의 중합체 사슬의 결합에 의해 수득되는 별-모양 구조를 갖는 중합체이다. 적합한 결합제의 예는 에폭시화 린시드 오일과 같은 폴리에폭시드, 벤조-1,2,4-트리이소시아네이트와 같은 폴리이소시아네이트, 1,3,6-헥산트리온과 같은 폴리케톤, 및 폴리산무수물, 그리고 또한 디에틸 아디페이트와 같은 디카르복실산 에스테르, 및 또한 SiCl4와 같은 할로겐화 규소, TiCl4와 같은 할로겐화 금속, 및 디비닐벤젠과 같은 폴리비닐방향족 화합물이다. 상기 중합체의 제조에 관한 추가의 세부사항은 예를 들면 DE-A 26 10 068에서 찾아볼 수 있다.
본 발명에 따르는 방법에 의해 제조되는 성형 조성물은 추가의 성분 D로, 엘라스토머 성분 A 및 중합체 B 및 C와 함께, 왁스, 가소제, 윤활제 및 이형제, 안료, 염료, 무광택제, 난연제, 산화방지제, 빛과 열 분해에 대한 노출에 있어서 안정화제, 섬유성 및 고운 가루 충전제 및 섬유성 및 고운가루 보강제, 및 정전 방지제와 같은 첨가제를 상기 물질에 대하여 통상적인 양으로 포함할 수 있다.
첨가제 D는 순수한 형태, 고체, 액체 또는 기체상이거나, 이들은 순수한 물질의 상호 혼합 후 사용될 수 있다. 이들은 예를 들면 용액의 형태로 또는 분산액 (에멀션 또는 현탁액)의 형태로, 계량을 용이하게 하는 조성물에 동등하게 사용될 수 있다. 매스터배치의 형태인 조성물, 즉 압출기의 내용물과 상용성인 열가소성 중합체 중 하나와 농축된 혼합물의 형태인 조성물이 또한 적합하며, 어떤 경우에는 바람직하다.
중합체 C 및 첨가제 D는 언급된 압출기 부분 중 하나 이상에서 압출기 내에 도입될 수 있다. 하나의 바람직한 구현예에서, 성분 C 및 D를 탈기 부분(1)에서, 공급 부분(2)에서, 및/또는 중합체 B가 압출기 내에 도입되는 부분(4)에서 - 엘라스토머 성분 A 및 열가소성 중합체 B와는 별도로 - 압출기 내에 도입한다. 다른 바람직한 실시양태에서, 성분 C 및/또는 D 는 추가의 부분(7)에서 압출기 내에 도입된다.
성분 C 및 D는 동일한 부분(들) 내로 계량되거나, 상이한 압출기 부분 내로 각각 계량될 수 있으며, 100％의 C와 D를 하나의 부분에 도입하거나 이들을 복수의 부분에 걸쳐 분배한 후 압출기 내에 도입하는 것도 가능하다.
C와 D의 도입의 정확한 형태는 성분 A 내지 D에 대하여 언급된 물리적 및 화학적 성질, 및 그들의 정량적 비율에 의존한다. 그러므로, 예를 들어, 낮은 열 안정성을 갖는 첨가제 D의 압출기 내로의 도입은 계량 영역에 도달할 때까지 지연될 수 있고, 따라서 물질 D의 열 분해를 방지할 수 있다.
상기 방법에 의해 제조된 열가소성 성형 조성물은 공지의 방법에 의해 가공되어 성형품을 수득할 수 있다. 예를 들면, 압출 (관, 윤곽, 섬유, 포일 및 시트), 사출 성형(임의의 종류의 성형품), 및 또한 캘린더링 및 롤링(시트 및 포일)이 언급될 수 있다.
본 발명의 장치 및 본 발명에 따르는 방법의 실질적인 장점은, 압출기로부터 배출구를 통해 근본적으로 미세 입자가 배출되지 않는다는 것이다.
본 발명에 따르는 장치는 또한 공지된 장치보다 상당히 기술적으로 더 간단하며, 더 큰 배출구를 제공한다.
선행 기술에서 알려진 장치에 비하여, 본 발명에 따르는 장치는 또한 작동하기가 실질적으로 더 용이하고, 따라서 매우 신속한 세정 및 교환을 가능하게 한다는 장점을 갖는다.
본 발명의 하나의 실시양태를 도면에 나타내며, 이하의 상세한 설명에서 더욱 상세히 설명한다.
하나뿐인 도면은 본 발명에 따라 고안된 배출구의 영역에서 압출기 전체의 단면도를 보여준다.
성형 조성물의 압출을 위한 본 발명에 따라 고안된 장치, 특히 압출기는 배럴(3)에 놓인 적어도 2 개의 스크류(1)를 포함한다. 본원에서 스크류(1)와 배럴(3)의 모양은 배럴(3)과 스크류(1)에 대하여 당업자에게 공지된 통상의 모양에 해당한다. 장치는 일반적으로 적어도 하나의 공급 영역, 적어도 하나의 전이 영역, 및 하나의 계량 영역을 갖는 압출기이다. 본 발명에 따르면, 적어도 2 개의 서로 맞물린 스크류(1) 위에 배럴(3) 영역의 절제 부위인 적어도 하나의 배출구(5)가 있다. 압출기가 3 개 이상의 스크류(1)를 포함할 경우, 배출구(5)는 3 개 이상의 서로 맞물린 스크류들 위 영역의 절제 부위이다.
배출구 삽입물(7)은 배출구(5) 내로 통상적으로 삽입된다. 본 발명에 따르면, 배출구 삽입물(7)은 띠(9)를 포함한다. 띠(9)의 배열은 본원에서, 그것이 스크류(1)의 적어도 일부를 그 서로 맞물린 영역(11)에서 덮도록 하는 것이다. 배출구(5)가 3 개 이상의 스크류(1) 위 영역의 절제 부위일 경우, 두 스크류의 각각의 서로 맞물린 영역(11)에 배열된 띠(9)가 존재한다.
본 발명에 따르면, 띠(9)와, 배출구(5)의 영역에서 상기 띠(9)를 향하는 방향으로 회전하는 스크류(1a) 사이에, 그 간격 폭이 스크류의 회전 방향으로 감소하는 간격(13)이 존재한다. 본원에서 스크류(1a)의 회전 방향을 부호(15)의 화살표로 나타낸다.
본원에 나타낸 실시양태에서, 스크류(1)는 함께 회전한다 이는 하나의 스크류(1a)가 띠(9)를 향하는 방향으로 회전하고, 하나의 스크류(1b)는 띠(9)로부터 멀어지도록 회전하는 것을 의미한다. 띠(9)와, 상기 띠(9)로부터 멀어지도록 회전하는 스크류(1b) 사이에 일정한 간격 폭을 갖는 간격(17)이 존재한다.
배출구 삽입물(7)은 또한 틀(19)을 포함한다. 틀(19)과, 상기 띠(9)를 향하는 방향으로 회전하는, 즉 틀(19)에서 멀어지도록 회전하는 스크류(1a) 사이에, 일정한 간격 폭을 갖는 간격(21)이 존재한다. 틀(19)과, 상기 띠(9)로부터 멀어지도록 회전하는, 즉 배출구 삽입물(7)의 틀(19)을 향하는 방향으로 회전하는 스크류(1b) 사이에, 스크류(1b)의 회전 방향(15)으로 감소하는 간격 폭을 갖도록 고안된 간격(23)이 존재한다.
성형 조성물의 압력은 스크류(1)를 이용하는 성형 조성물의 운반에 의해 일반적으로 증가된다. 성형 조성물이 배출구(5)에 도달하자마자, 갑작스런 압력 강하가 일어나고, 따라서 성형 조성물이 휘발성분 제거된다. 압력 강하는 성형 조성물의 기체상 성분들로 하여금 배출구(5)를 통해 유출되게 한다. 단편 또는 작은 조각 형태의 성형 조성물의 부분이 종종 여기에 동반된다. 이 때 이들 단편은 다시 낙하하거나 벽에 부착을 유지한다. 띠(9)의 방향으로 회전하는 스크류(1a) 사이의 간격(13)의 감소하는 간격 폭, 및 틀(19)와 상기 띠(9)로부터 멀어지도록 회전하는 스크류(1b) 사이의 간격(23)의 감소하는 간격 폭 덕분에, 다시 낙하한 성형 조성물의 일부는 스크류(1)에 의해 회수되어 간격(13) 및 (23) 내로 각각 운반된다. 간격(13) 및 (23) 각각에서 재압축이 수행된다. 이는 배출구(5)의 영역에서 성형 조성물의 일부가 축적되거나, 때로는 배럴(3) 위에 또는 배출구 삽입물(7)의 틀(19) 위에 케이크를 형성하는 것, 그리고 때로는 성형 조성물을 오염시키는 크래킹의 진행을 방지한다.
하나의 스크류(1) 위에 덮이지 않은 면적만을 부여하는 선행 기술로부터 알려진 배출구 삽입물과는 대조적으로, 본 발명에 따르는 띠(9)를 갖는 배출구 삽입물(7)은 이중-스크류 압출기의 양 스크류(1) 위에 덮이지 않은 구멍을 부여한다. 결과는 전체 배출구의 확장이다. 이 방법에 의해 38％에 이르는 확장이 가능하다. 이는 성형 조성물의 개선된 휘발성분 제거를 초래할 수 있다.
띠(9)의 디자인은 일반적으로 띠(9)의 폭이 외부를 향하여 감소하도록 하는 것이며, 즉 상기 띠(9)는 뾰족한 모양을 갖는다. 결과는 스크류(1)로부터 멀어지는 방향으로 배출구(5)의 구멍의 단면을 확장하는 것이다. 이는 배출구(5)에서 압력 강하를 감소시키고 따라서 성형 조성물의 더 나은 휘발성분 제거를 제공한다.
도 1에 나타낸 실시양태에서는, 배출구(5)를 덮는 돔(25)이 존재한다. 기체 스트림은 돔(25)에서 출구 구멍(27)까지 편향된다. 예를 들면, 출구 구멍(27)에 연결된 배기-가스 관이 존재할 수 있다. 수증기 뿐만 아니라 용매도, 그리고 적절하다면, 단량체 잔류물도 상기 성형 조성물로부터 배출되는 경우가 특히 유리하다. 기체 스트림의 편향의 유익은 기체 스트림에 동반되는 성형 조성물의 일부가 초기에는 상향으로 분출되고, 적절하다면 돔의 커버(29)에 충격을 준 다음, 배출구(5) 내로 다시 낙하하거나 커버와 벽에 부착을 유지한다는 것이다.
본 발명에 따르는 배출구(5)의 디자인의 경우, 비교적 큰 자유로운 단면으로 인하여 단지 적은 수의 입자가 동반되며, 이는 필요한 세정 단계 사이의 높은 작업 시간으로 반영된다.
실시예
그 수분 함량이 30 중량％인 촉촉한 ABS 고무 2 t/h를, 코페리온 (Coperion) W&P의 제품인 ZSK 133 이중-스크류 압출기의 공급 구멍 내에 계량해 넣는다. 상기 기계는 WO 98/13412에 기재된 것과 같이 2 개의 압착 영역을 포함하며, 거기에서 기계적 압력을 이용하여 약 50％의 물이 실질적으로 액체로 제거된다. 상기 압착 영역 후에, 1500 kg/h의 SAN 용융물을 용융물 라인에 의해, 상기 용융물을 여전히-촉촉한 고무와 긴밀하게 혼합하면서 도입하는데, 이로써 잔류 수분이 증발된다. 이렇게 하여 생성된 수증기는 배출구를 통해 빠져나간다. 표 1은 배출구를 표준 유형 B의 삽입물로 먼저 덮은 다음 본 발명에 따르는 삽입물을 띠와 함께 사용하기 위한 작업 시간을 보여준다. 기체 속도라는 용어는, 배출구의 가장 좁은 자유로운 단면적에서 발생하는, 배출되는 증기의 유속에 대하여 사용되며, 작업 시간은, 신뢰성있는 작업을 위해 필요한, 기계 중단을 수반하는 두 세정 과정 사이의 시간 간격을 나타낸다.
Figure pct00001
1 스크류
1a 띠(9)를 향하는 방향으로 회전하는 스크류
1b 띠(9)에서 멀어지는 방향으로 회전하는 스크류
3 배럴
5 배출구
7 배출구 삽입물
9 띠
11 서로 맞물린 영역
13 감소하는 간격 폭을 갖는 간격
15 회전 방향
17 일정한 간격 폭을 갖는 간격
19 틀
21 일정한 간격 폭을 갖는 간격
23 감소하는 간격 폭을 갖는 간격
25 돔
27 출구 구멍
29 덮개

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 공급 영역, 하나의 전이 영역, 및 하나의 계량 영역 (상기 영역들은 적어도 일부의 상호 중첩을 가질 수 있음), 및 또한 적어도 하나의 배출구(5)를 포함하며, 여기서 배출구(5)는 적어도 2 개의 서로 맞물린 스크류들(1a, 1b) 위에 있는 배럴(3) 중 영역의 절제 부위이고, 각 경우 상기 스크류(1a, 1b)의 서로 맞물린 영역(11)에서 배출구(5)에 띠(9)가 존재하며, 상기 띠(9)를 향한 방향으로 배출구(5)의 영역에서 회전하는 적어도 하나의 스크류(1a)와 띠(9) 사이에 간격 폭이 스크류(1a)의 회전 방향으로 감소하는 간격(13)이 존재하는 것인, 배럴(3) 내에 놓인 적어도 2 개의 스크류(1, 1a, 1b)를 갖는 성형 조성물의 압출을 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 띠(9)로부터 멀어지는 방향으로 배출구(5)의 영역에서 회전하는 스크류(1b)와 띠(9) 사이에 일정한 간격 폭을 갖는 간격(17)이 존재하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 띠(9)가 감소하는 간격 폭을 갖는 면 위에서 적어도 30％의 스크류를 덮는 것인 장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 각각이 배출구(5)의 영역에서 상기 띠(9)를 향하는 방향으로 회전하는 반대-회전(counter-rotating) 스크류(1)의 경우, 상기 띠(9)가 대칭이고, 그 간격 폭(13)이 각 경우 띠의 중심을 향하는 방향으로 감소하는 것인 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 공-회전(corotating) 스크류(1a, 1b)의 경우, 배출구(5)의 주변을 향하는 방향으로 회전하는 스크류(1b)의 영역 중 배출구(5)의 주변에, 그 간격 폭이 스크류(1b)의 회전 방향으로 감소하는 간격(23)이 존재하는 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 띠(9)의 폭이 바깥을 향하는 방향으로 감소하고, 이에 따라 배출구(5)의 구멍의 단면적이 증가하는 것인 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 주변으로부터 멀어지는 방향으로 회전하는 스크류(1a)의 영역 중 배출구(5)의 주변이 일정한 간격 폭을 갖는 것인 장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배출구가 돔(25)에 의해 덮여 있는 것인 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 띠(9)가 폴리테트라플루오로에틸렌, 플루오르화 폴리에틸렌, 폴리에테르에테르케톤 (PEEK), 폴리술폰, 또는 내부식성 금속 합금으로 이루어진 표면을 갖는 것인 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 띠(9)의 표면을 위한 재료가 피복의 형태로 적용된 것인 장치.
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